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WO2018082866A1 - Brennstoffeinspritzventil zum einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen brennstoffs - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil zum einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen brennstoffs Download PDF

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WO2018082866A1
WO2018082866A1 PCT/EP2017/075592 EP2017075592W WO2018082866A1 WO 2018082866 A1 WO2018082866 A1 WO 2018082866A1 EP 2017075592 W EP2017075592 W EP 2017075592W WO 2018082866 A1 WO2018082866 A1 WO 2018082866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
valve member
control chamber
fuel injection
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/075592
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benedikt Leibssle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2018082866A1 publication Critical patent/WO2018082866A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • Fuel injection valve for injecting a gaseous and / or liquid fuel
  • the invention relates to a fuel injection valve for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.
  • fuel injection valves are also known as Doppelbrennstoffinjektoren, Zweistoffinjektoren or dual-fuel injectors.
  • Fuel injection valves of the aforementioned type generally have two liftable nozzle needles which are guided in one another for the purpose of releasing and closing
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2014 225 167 A1 discloses a fuel metering valve for an internal combustion engine having a housing in which a nozzle needle is arranged so as to be longitudinally displaceable and cooperates with a sealing seat formed in the housing.
  • a gas space is further formed, which surrounds the nozzle needle in sections and which can be connected by opening the sealing seat with at least one injection opening.
  • a fillable with liquid fuel space is present, which faces away from the gas chamber surrounding the nozzle needle.
  • a leakage of the liquid fuel into the gas space via a leakage gap is allowed, so that When the nozzle needle is opened, gas flows from the gas space via the injection openings into a combustion space and entrains the liquid fuel present within the gas space.
  • the leakage gap is dimensioned such that the injection of the gaseous fuel such an amount of liquid fuel into the combustion chamber, that the ignitability of the mixture is raised to the desired level.
  • a further nozzle needle is provided, which is guided in a bore of the first nozzle needle for releasing and closing at least one further injection opening in a liftable manner.
  • a control valve is provided in each case, so that the structure of the fuel metering valve is no less complex than in a conventional dual-fuel injector.
  • the present invention has for its object to provide a fuel injection valve for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, which is less complex and thus easy and inexpensive to produce.
  • the proposed for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine fuel injector comprises a hub in a central bore of a nozzle body liftably received first valve member and a liftable in a central bore of the first valve member second valve member.
  • Each valve member is associated with a control chamber, which can be acted upon via an inlet throttle with liquid fuel and each relieved via a valve.
  • the valves are connected in series and only one actuator is provided for actuating both valves.
  • the fact that only one actuator is provided reduces the number of parts. That is, the manufacturing and assembly costs decrease, with respect to the fuel injection valve and in Reference to the connection of the fuel injection valve to a power supply and / or to a motor control.
  • the elimination of an actuator also allows a particularly compact design of the fuel injector.
  • a time-delayed opening of the valve members can be effected with only one actuator, for example, to realize a pilot injection with liquid fuel and a subsequent main injection with gaseous fuel.
  • only one valve can be actuated directly via the actuator, wherein it is preferably the valve that serves to relieve the pressure associated with the second valve member control chamber.
  • the second valve member therefore preferably opens first in order to realize in particular a pilot injection with liquid fuel.
  • the control lines between this valve and the control chamber can be kept short because the second valve member - at a corresponding length - can be performed close to the valve or to the actuator. This has a favorable effect on the Abêtmenge and thus on the valve requirements, so that a correspondingly small-sized valve can be used.
  • valve which serves to relieve the pressure associated with the first valve member control chamber is advantageously controlled by the valve, which is actuated directly via the actuator. This is possible because in the fuel injection valve according to the invention both valves are connected in series. In this way, a cascade-like control is achieved, which allows a time-delayed opening of the two valve members.
  • the directly operable via the actuator valve comprises a cooperating with a valve seat closing element, wherein in the valve seat, a drain channel opens with a discharge throttle arranged therein, via which the second valve member associated control chamber is relieved.
  • the opening behavior of the second valve member can be determined.
  • the valve can be very simple.
  • the valve that can be actuated directly via the actuator can be a 2/2-way valve. If the valve opens, liquid fuel flows out of the control chamber via the outlet channel and the outlet throttle, while liquid fuel flows in via the inlet throttle.
  • the ratio of the throttle cross sections to each other, the opening of the associated valve member must be ensured.
  • the valve may be formed, for example, as a simple ball seat valve.
  • the directly operable via the actuator valve can be a 3/2 -way valve.
  • the closing element of the valve cooperates with a further valve seat, via which preferably the inlet throttle is releasable and closable. If the valve opens, the drainage channel or the outlet throttle is released and the inlet throttle is closed. This means that no liquid fuel can flow via the inlet throttle. In this way, the Abêtmenge be limited.
  • control chamber associated with the second valve member is connected to a further control chamber which is delimited by an actuating element of the further valve which serves to relieve the control chamber associated with the first valve member.
  • control chambers There are thus at least three control chambers available, wherein the first and the second control chamber are associated with the first and the second valve member and wherein the third control chamber of the control of the subsequent valve is used, which can not be actuated directly via the actuator.
  • the actuation of the further valve is coupled in this way to that of the directly actuatable via the actuator valve, so that a second
  • Actuator can be omitted. If the valve which can be actuated directly via the actuator is designed as a 2/2-way valve, the opening time of the further valve can be determined via the ratio of the throttle cross-sections of inlet and outlet throttle.
  • the second valve member on the control chamber a movable stop body is opposite, which is acted upon in the direction of the second valve member by the spring force of a spring.
  • the stopper body causes a two-stage opening of the second valve member when the second valve member associated control chamber is relieved. In a first stage, the control pressure in the control chamber drops to a first pressure level and the second valve member moves in the direction of the stop body until it abuts against the stop body.
  • the control pressure drops again, namely to a second pressure level, which is dependent on the ratio of the throttle cross-sections of inlet and outlet throttle in the case of a direct operated valve designed as a 2/2 -way valve.
  • a second pressure level which is dependent on the ratio of the throttle cross-sections of inlet and outlet throttle in the case of a direct operated valve designed as a 2/2 -way valve.
  • the further valve which serves to relieve the pressure associated with the first valve member control chamber, preferably comprises a closing element which cooperates with a valve seat, in which a drain channel opens with an outlet throttle formed therein to relieve the control valve associated with the first valve member.
  • the valve can therefore be designed similar to the first, directly operable valve and is just as easy to implement.
  • the closing element may in particular be spherical.
  • a spherical closing element can be particularly easily guided by an actuating element.
  • the actuating element is rod-shaped, so that it can be used to bridge a distance between the first valve member and the actuator. In this way, the control lines can be kept short.
  • the further valve which serves to relieve the pressure associated with the first valve member control chamber, for example, a 2/2-way valve, in particular a ball seat valve, be.
  • the valve can also be designed as a 3/2 -way valve.
  • both valve members of the fuel injection valve are axially biased in each case via a spring in the direction of a sealing seat. This means that the actuator is used to open the fuel injection valve or energized. The provision of the valve members in their respective sealing seats via the spring force of the springs.
  • the actuator is a magnetic actuator or a piezoelectric actuator.
  • Such actuators are known for use in a fuel injection valve, so that can be used thereon.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal section through an inventive fuel injection valve
  • FIG. 2 is an enlarged detail of Fig. 1. Detailed Description of the drawings
  • the fuel injection valve shown in FIG. 1 for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle body 2 with a central bore 1, in which a first valve member 3 is received in a liftable manner.
  • the first valve member 3 also has a central bore 4.
  • a second valve member 5 is guided hubbeweglich.
  • the central bore 4 of the first valve member 3 can be acted upon with liquid fuel and the central bore 1 of the nozzle body 2 can be acted upon with gaseous fuel. Accordingly, the gaseous fuel can be introduced into the combustion chamber via a stroke movement of the first valve member 3, while the injection of the liquid fuel is effected via a stroke movement of the second valve member 5.
  • the first valve member 3 cooperates with a first sealing seat 27, which is formed by the nozzle body 2. Lift the first valve member 3 from the sealing seat 27, there it injection openings (not shown) free, over which the gaseous fuel is introduced into the combustion chamber.
  • the second valve member 5 cooperates with a sealing seat 28 which is formed in the first valve member 3. If the second valve member 5 lifts off from the sealing seat 28, injection openings (not shown) formed in the first valve member 3 are released for the injection of the liquid fuel.
  • Each valve member 3, 5 is associated with a control chamber 6, 7, wherein each control chamber 6, 7 can be acted upon via an inlet throttle 8, 9 with liquid fuel and a valve 10, 11 relieved.
  • the control pressure in the respective control chamber 6, 7 and the associated valve member 3, 5 can against the spring force of a spring 25, 26, by means of which the valve member 3, 5 is axially biased against the sealing seat 27, 28 to open.
  • the springs 25, 26 are received in a spring chamber 30 which is formed in a body member 31.
  • the springs 25, 26 are arranged coaxially and surround a protruding into the spring chamber 30 end portion of the second or inner valve member 5.
  • the spring 26 is on the one hand indirectly via a spring plate 34 to an annular collar 35 of the second and inner valve member 5 and on the other the body member 31 supported.
  • the further spring 25 is indirectly supported by a collar sleeve 36 on the first and outer valve member 3, wherein the collar sleeve 36 is passed through a throttle plate 29 which is disposed between the nozzle body 2 and the body member 31.
  • the nozzle body 2, the throttle plate 29, the body member 31 and another body member 32, in which, inter alia, an actuator 12 is arranged, are axially braced by means of a nozzle lock nut 33.
  • the actuator 12 is presently designed as a magnetic actuator and comprises a magnetic coil 37 for acting on an armature 38.
  • the armature 38 is axially biased by an armature spring 39.
  • the armature 38 can be coupled with a spherical closing element 14 of the valve 11, which serves to relieve the pressure associated with the second valve member 5 control chamber 7.
  • the spherical closing element 14 acts together with a valve seat 13, in which a connected to the control chamber 7 drain channel 15 opens (see also Fig. 2).
  • the actuator 12 is energized, so that a magnetic field is built up whose magnetic force moves the armature 38 in the direction of the magnetic coil 37.
  • the closing element 14 of the valve 11 is relieved and the valve 11 opens.
  • the valve 11 When the valve 11 is open, liquid fuel flows out of the control chamber 7 via an outlet channel 15, which opens into the valve seat 13 of the valve 11, with the result that the control pressure in the control chamber 7 drops and the inner valve member 5 assigned to the control chamber 7 is opened can.
  • the inner valve member 5 moves in the direction of a stop member 19 which is opposite to the valve member 5 on the control chamber 7. By striking the inner valve member 5 on the stopper body 19, the pressure in the control chamber 7 continues to decrease to a second pressure level.
  • the two valve members 3, 5 are designed such that with the lifting movement of the outer valve member 3, the inner valve member 5 closes.
  • the opening and closing of the two valve members 3, 5 is thus temporally offset from one another to realize, for example, before the main injection with gaseous fuel, a pilot injection with liquid fuel. Since serving as a stop for the inner valve member 5 stop body 19 is movable, this can be suppressed due to the greater opening force of the outer valve member 5 against the spring force of a spring 20. This allows a stroke of the outer valve member 3 which is larger than that of the inner valve member 5.
  • the throttle plate 29 can be used as a stroke stop.
  • the directly operable via the actuator 12 valve 11 is closed.
  • the valve 10 closes. This leads to a buildup of pressure in the control chamber 6, which causes the outer valve member 3 is placed back in its sealing seat 27.
  • the inner valve member 5 and the stopper body 19 follow the movement of the outer valve member 3 until the stopper body 19 strikes the body member 31 and disengages from the inner valve member 5.
  • the control chamber 7 is further filled, so that only the inner valve member 5 follows the outer valve member 3 to the sealing seat 27.
  • an outlet throttle 16, 24 is formed in the flow channels 15, 23 in each case.
  • On the ratio of the throttle cross-sections of the flow control valve 7 connected to the outlet throttle 16 and the inlet throttle 9 can be taken in particular influence on the second lowered pressure level and thus on the time-staggered opening of the outer valve member 3.
  • the valve 11 can be designed as a 3/2 -way valve (not shown), so that when the valve 11 is opened, the inlet throttle 9 is purposefully closed. In this way, the pressure in the control chamber 17 can be reduced to the pressure level of the drain system, so that a pressure reduction is achieved, which differs significantly from a first lowered pressure level.
  • the 3/2-way valve also has the advantage of a reduced Abêtmenge, since the inlet throttle 9 is closed when the valve 11 is open and no liquid fuel is able to flow into the control chamber 7.
  • valve 10 can be designed as a 3/2 -way valve (not shown) in order to reduce the Abêtmenge.
  • valves 10, 11 are designed as a ball seat valve according to FIGS. 1 and 2.
  • the control concept according to the invention can also be realized by means of other valve types.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein in einer zentralen Bohrung (1) eines Düsenkörpers (2) hubbeweglich aufgenommenes erstes Ventilglied (3) und ein in einer zentralen Bohrung (4) des ersten Ventilglieds (3) hubbeweglich aufgenommenes zweites Ventilglied (5), wobei jedem Ventilglied (3, 5) ein Steuerraum (6, 7) zugeordnet ist, der über eine Zulaufdrossel (8, 9) mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbar und über ein Ventil (10, 11) entlastbar ist. Erfindungsgemäß sind die Ventile (10, 11) hintereinandergeschaltet und nur ein Aktor (12) ist zur Betätigung der Ventile (10, 11) vorgesehen.

Description

Beschreibung
Titel
Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind auch als Doppelbrennstoffinjektoren, Zweistoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren be- kannt.
Stand der Technik
Brennstoffeinspritzventile der vorstehend genannten Art weisen in der Regel zwei inei- nander geführte hubbewegliche Düsennadeln zum Freigeben und Verschließen von
Einspritzöffnungen für die unterschiedlichen Brennstoffe auf. Die Ansteuerung ist vergleichsweise aufwendig, da für jede Düsennadel ein Steuerventil vorhanden sein muss. Ferner müssen beide Steuerventile zeitlich genau aufeinander abgestimmt sein. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 225 167 AI ist ein Kraftstoffzumessventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse bekannt, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem im Gehäuse ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirkt. Im Gehäuse ist ferner ein Gasraum ausgebildet, der die Düsennadel abschnittsweise umgibt und der durch das Öffnen des Dichtsitzes mit wenigstens einer Eindüsöffnung verbindbar ist. Weiterhin ist ein mit flüssigem Kraftstoff befüllbarer Raum vorhanden, der dem Gasraum abgewandt die Düsennadel umgibt. Zur Vereinfachung der Ansteuerung wird vorgeschlagen, den flüssigen und den gasförmigen Kraftstoff in einem einzigen Vorgang in den Brennraum einzubringen. Hierzu wird eine Leckage des flüssigen Kraftstoffs in den Gasraum über einen Leckagespalt zugelassen, so dass beim Öffnen der Düsennadel Gas aus dem Gasraum über die Einspritzöffnungen in einen Brennraum strömt und dabei den innerhalb des Gasraums vorhandenen flüssigen Kraftstoff mitreißt. Der Leckagespalt ist dabei derart bemessen, dass durch die Ein- düsung des gasförmigen Kraftstoffs eine solche Menge an flüssigem Kraftstoff in den Brennraum gelangt, dass die Zündfähigkeit des Gemisches auf das gewünschte Maß angehoben wird. Um bei Bedarf eine größere Menge des flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum einzubringen, ist eine weitere Düsennadel vorgesehen, die in einer Bohrung der ersten Düsennadel zum Freigeben und Verschließen mindestens einer weiteren Einspritzöffnung hubbeweglich geführt ist. Zur Steuerung der Hubbewegungen der beiden Düsennadeln ist jeweils ein Steuerventil vorgesehen, so dass der Aufbau des Kraftstoffzumessventils nicht minder komplex als bei einem herkömmlichen Dual-Fuel- Injektor ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine anzugeben, das weniger komplex aufgebaut und somit einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Das zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Brennstoffeinspritzventil umfasst ein in einer zentralen Bohrung eines Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommenes erstes Ventilglied und ein in einer zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds hubbeweglich aufgenommenes zweites Ventilglied. Jedem Ventilglied ist ein Steuerraum zugeordnet, der über eine Zulaufdrossel mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbar und jeweils über ein Ventil entlastbar ist. Erfindungsgemäß sind die Ventile hintereinandergeschaltet und nur ein Aktor ist zur Betätigung beider Ventile vorgesehen. Dadurch, dass nur ein Aktor vorgesehen ist, reduziert sich die Teilezahl. Das heißt, dass der Fertigungs- und Montageaufwand sinkt, und zwar in Bezug auf das Brennstoffeinspritzventil sowie in Bezug auf die Anbindung des Brennstoffeinspritzventils an eine Stromversorgung und/oder an eine Motorsteuerung. Der Entfall eines Aktors erlaubt zudem eine besonders kompaktbauende Ausführung des Brennstoffeinspritzventils.
Durch das Hintereinanderschalten der beiden Ventile kann ein zeitlich versetztes Öffnen der Ventilglieder mit nur einem Aktor bewirkt werden, beispielsweise, um eine Piloteinspritzung mit flüssigem Brennstoff und eine nachfolgende Haupteinspritzung mit gasförmigem Brennstoff zu realisieren.
Bevorzugt ist nur ein Ventil direkt über den Aktor betätigbar, wobei es sich vorzugsweise um das Ventil handelt, das der Entlastung des dem zweiten Ventilglied zugeordneten Steuerraum dient. Das zweite Ventilglied öffnet demnach bevorzugt zuerst, um insbesondere eine Piloteinspritzung mit flüssigem Kraftstoff zu realisieren. Ferner können die Steuerleitungen zwischen diesem Ventil und dem Steuerraum kurzgehalten werden, da das zweite Ventilglied - bei einer entsprechenden Länge - bis dicht an das Ventil bzw. an den Aktor geführt werden kann. Dies wirkt sich günstig auf die Absteuermenge und damit auf die Ventilanforderungen aus, so dass ein entsprechend klein bauendes Ventil eingesetzt werden kann.
Das Ventil, das der Entlastung des dem ersten Ventilglied zugeordneten Steuerraums dient, wird vorteilhafterweise über das Ventil gesteuert, das direkt über den Aktor betätigbar ist. Dies ist möglich, da bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil beide Ventile hintereinandergeschaltet sind. Auf diese Weise wird eine kaskadenartige Ansteuerung erreicht, die ein zeitlich versetztes Öffnen der beiden Ventilglieder ermöglicht.
Das Hintereinanderschalten der beiden Ventile besitzt ferner den Vorteil, dass das nachfolgende Ventil zur Überbrückung einer Distanz zwischen dem ersten Ventilglied und dem Aktor einsetzbar ist. Auf diese Weise können wiederum kurze Steuerleitungen realisiert werden, um die Absteuermenge zu reduzieren. Entsprechend können die Ventilanforderungen gesenkt werden, insbesondere kann ein kleinbauendes Ventil verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das direkt über den Aktor betätigbare Ventil ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Schließelement, wobei in den Ventilsitz ein Ablaufkanal mit einer hierin angeordneten Ablaufdrossel mündet, über den der dem zweiten Ventilglied zugeordnete Steuerraum entlastbar ist. Über das Verhältnis der Drosselquerschnitte der Ablaufdrossel und der Zulaufdrossel zueinander kann das Öffnungsverhalten des zweiten Ventilglieds bestimmt werden. Im Übrigen kann das Ventil sehr einfach aufgebaut sein.
Beispielsweise kann das direkt über den Aktor betätigbare Ventil ein 2/2 -Wege- Ventil sein. Öffnet das Ventil strömt flüssiger Brennstoff über den Ablaufkanal und die Ablaufdrossel aus dem Steuerraum ab, während über die Zulaufdrossel flüssiger Brennstoff nachströmt. Hier muss über das Verhältnis der Drosselquerschnitte zueinander das Öffnen des zugeordneten Ventilglieds sichergestellt werden. Das Ventil kann zum Beispiel als einfaches Kugelsitzventil ausgebildet sein.
Darüber hinaus kann das direkt über den Aktor betätigbare Ventil ein 3/2 -Wege- Ventil sein. Dann wirkt das Schließelement des Ventils mit einem weiteren Ventilsitz zusammen, über den vorzugsweise die Zulaufdrossel freigebbar und verschließbar ist. Öffnet das Ventil ist der Ablaufkanal bzw. die Ablaufdrossel freigegeben und die Zulaufdrossel verschlossen. Das heißt, dass kein flüssiger Brennstoff über die Zulaufdrossel nachzuströmen vermag. Auf diese Weise kann die Absteuermenge begrenzt werden.
Bevorzugt ist der dem zweiten Ventilglied zugeordnete Steuerraum mit einem weiteren Steuerraum verbunden, der von einem Betätigungselement des weiteren Ventils be- grenzt wird, das der Entlastung des dem ersten Ventilglied zugeordneten Steuerraums dient. Es sind somit mindestens drei Steuerräume vorhanden, wobei der erste und der zweite Steuerraum dem ersten und dem zweiten Ventilglied zugeordnet sind und wobei der dritte Steuerraum der Steuerung des nachfolgenden Ventils dient, das nicht direkt über den Aktor betätigbar ist. Die Betätigung des weiteren Ventils wird auf diese Weise an die des direkt über den Aktor betätigbaren Ventils gekoppelt, so dass ein zweiter
Aktor entfallen kann. Sofern das direkt über den Aktor betätigbare Ventil als 2/2-Wege- Ventil ausgebildet ist, kann über das Verhältnis der Drosselquerschnitte von Zulauf- und Ablaufdrossel der Öffnungszeitpunkt des weiteren Ventils bestimmt werden. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass dem zweiten Ventilglied am Steuerraum ein beweglicher Anschlagkörper gegenüberliegt, der in Richtung des zweiten Ventilglieds von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Der Anschlagkörper bewirkt ein zweistufiges Öffnen des zweiten Ventilglieds, wenn der dem zweiten Ventilglied zugeordnete Steuerraum entlastet wird. In einer ersten Stufe sinkt der Steuerdruck im Steuerraum auf ein erstes Druckniveau und das zweite Ventilglied bewegt sich in Richtung des Anschlagkörpers bis es am Anschlagkörper anschlägt. Mit Anschlagen am Anschlagkörper sinkt der Steuerdruck erneut, und zwar auf ein zweites Druckniveau, das im Fall eines als 2/2 -Wege- Ventil ausgebildeten direkt betätigbaren Ventils vom Verhältnis der Drosselquerschnitte von Zulauf- und Ablaufdrossel abhängig ist. Mit Erreichen des zweiten Druckniveaus sinkt der Steuerdruck im weiteren Steuerraum und das nachgeschaltete weitere Ventil öffnet, so dass der dem ersten Ventilglied zugeordnete Steuerraum entlastet wird und das erste Ventilglied öffnet.
Das weitere Ventil, das der Entlastung des dem ersten Ventilglied zugeordneten Steuerraums dient, umfasst bevorzugt ein Schließelement, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, in den ein Ablaufkanal mit einer hierin ausgebildeten Ablaufdrossel zur Entlastung des dem ersten Ventilglied zugeordneten Steuerraums mündet. Das Ventil kann demnach ähnlich dem ersten, direkt betätigbaren Ventil ausgebildet sein und ist ebenso einfach umsetzbar.
Das Schließelement kann insbesondere kugelförmig sein. Ein kugelförmiges Schließelement lässt sich besonders einfach von einem Betätigungselement führen. Vorzugsweise ist das Betätigungselement stangenförmig ausgebildet, so dass es zur Überbrückung einer Distanz zwischen dem ersten Ventilglied und dem Aktor eingesetzt werden kann. Auf diese Weise können die Steuerleitungen kurzgehalten werden.
Das weitere Ventil, das der Entlastung des dem ersten Ventilglied zugeordneten Steuerraums dient, kann beispielsweise ein 2/2-Wege-Ventil, insbesondere ein Kugelsitzventil, sein. Um bei geöffnetem Ventil ein Nachströmen von flüssigem Brennstoff über die Zulaufdrossel zu verhindern, kann das Ventil auch als 3/2 -Wege- Ventil ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind beide Ventilglieder des Brennstoffeinspritzventils jeweils über eine Feder in Richtung eines Dichtsitzes axial vorgespannt. Das heißt, dass der Aktor zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils eingesetzt bzw. bestromt wird. Die Rückstellung der Ventilglieder in ihre jeweiligen Dichtsitze erfolgt über die Federkraft der Federn.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Aktor ein Magnetaktor oder ein Piezoaktor ist. Derartige Aktoren sind für den Einsatz in einem Brennstoffeinspritzventil bekannt, so dass hierauf zurückgegriffen werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil und
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der Fig. 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine um- fasst einen Düsenkörper 2 mit einer zentralen Bohrung 1, in der ein erstes Ventilglied 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Das erste Ventilglied 3 weist ebenfalls eine zentrale Bohrung 4 auf. In dieser ist ein zweites Ventilglied 5 hubbeweglich geführt. Die zentrale Bohrung 4 des ersten Ventilglieds 3 ist mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbar und die zentrale Bohrung 1 des Düsenkörpers 2 ist mit gasförmigem Brennstoff beaufschlagbar. Über eine Hubbewegung des ersten Ventilglieds 3 ist demnach der gasförmige Brennstoff in den Brennraum einbringbar, während die Einspritzung des flüssigen Brennstoffs über eine Hubbewegung des zweiten Ventilglieds 5 bewirkt wird.
Das erste Ventilglied 3 wirkt mit einem ersten Dichtsitz 27 zusammen, der durch den Düsenkörper 2 ausgebildet wird. Hebt das erste Ventilglied 3 vom Dichtsitz 27 ab, gibt es Einspritzöffnungen (nicht dargestellt) frei, über den der gasförmige Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird.
Das zweite Ventilglied 5 wirkt mit einem Dichtsitz 28 zusammen, der im ersten Ventilglied 3 ausgebildet ist. Hebt das zweite Ventilglied 5 vom Dichtsitz 28 ab, werden im ersten Ventilglied 3 ausgebildete Einspritzöffnungen (nicht dargestellt) zur Einspritzung des flüssigen Brennstoffs freigegeben.
Jedem Ventilglied 3, 5 ist ein Steuerraum 6, 7 zugeordnet, wobei jeder Steuerraum 6, 7 über eine Zulaufdrossel 8, 9 mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbar und über ein Ventil 10, 11 entlastbar ist. Bei einer Entlastung sinkt der Steuerdruck im jeweiligen Steuerraum 6, 7 und das zugeordnete Ventilglied 3, 5 vermag entgegen der Federkraft einer Feder 25, 26, mittels welcher das Ventilglied 3, 5 gegen den Dichtsitz 27, 28 axial vorgespannt ist, zu öffnen. Die Federn 25, 26 sind in einem Federraum 30 aufgenommen, der in einem Körperbauteil 31 ausgebildet ist. Die Federn 25, 26 sind koaxial angeordnet und umgeben einen in den Federraum 30 hineinragenden Endabschnitt des zweiten bzw. inneren Ventilglieds 5. Die Feder 26 ist dabei einerseits mittelbar über einen Federteller 34 an einem Ringbund 35 des zweiten bzw. inneren Ventilglieds 5 und andererseits an dem Körperbauteil 31 abgestützt. Die weitere Feder 25 ist mittelbar über eine Bundhülse 36 an dem ersten bzw. äußeren Ventilglied 3 abgestützt, wobei die Bundhülse 36 durch eine Drosselplatte 29 hindurchgeführt ist, die zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Körperbauteil 31 angeordnet ist. Der Düsenkörper 2, die Drosselplatte 29, das Körperbauteil 31 sowie ein weiteres Körperbauteil 32, in dem unter anderem ein Aktor 12 angeordnet ist, sind mittels einer Düsenspannmutter 33 axial verspannt.
Der Aktor 12 ist vorliegend als Magnetaktor ausgebildet und umfasst eine Magnetspule 37 zur Einwirkung auf einen Anker 38. Der Anker 38 ist durch eine Ankerfeder 39 axial vorgespannt. Über einen Ankerbolzen 40, der den Anker 38 durchsetzt, ist der Anker 38 mit einem kugelförmigen Schließelement 14 des Ventils 11 koppelbar, das der Entlastung des dem zweiten Ventilglied 5 zugeordneten Steuerraums 7 dient. Das kugelförmige Schließelement 14 wirkt dabei mit einem Ventilsitz 13 zusammen, in den ein mit dem Steuerraum 7 verbundener Ablaufkanal 15 mündet (siehe auch Fig. 2). Zum Entlasten des Steuerraums 7 wird der Aktor 12 bestromt, so dass ein Magnetfeld aufgebaut wird, dessen Magnetkraft den Anker 38 in Richtung der Magnetspule 37 bewegt. Dabei wird das Schließelement 14 des Ventils 11 entlastet und das Ventil 11 öffnet. Bei geöffnetem Ventil 11 strömt flüssiger Brennstoff aus dem Steuerraum 7 über einen Ablaufkanal 15 ab, der in den Ventilsitz 13 des Ventils 11 mündet, was zur Folge hat, dass der Steuerdruck im Steuerraum 7 sinkt und das dem Steuerraum 7 zugeordnete innere Ventilglied 5 zu öffnen vermag. Beim Öffnen bewegt sich das innere Ventilglied 5 in Richtung eines Anschlagkörpers 19, der dem Ventilglied 5 am Steuerraum 7 gegenüberliegt. Mit Anschlagen des inneren Ventilglieds 5 am Anschlagkörper 19 sinkt der Druck im Steuerraum 7 auf ein zweites Druckniveau weiter ab. Gleiches gilt für den Druck in einem mit dem Steuerraum 7 verbundenen weiteren Steuerraum 17, der von einem stangenförmigen Betätigungselement 18 zur Einwirkung auf ein kugelförmiges Schließelement 21 des weiteren Ventils 10 begrenzt wird. Das Betätigungselement 18 bewegt sich nach oben und entlastet auf diese Weise das Schließelement 21 des weiteren Ventils 10, so dass dieses ebenfalls öffnet. Bei geöffnetem Ventil 10 strömt flüssiger Brennstoff aus dem Steuerraum 6 über einen Ablaufkanal 23 ab, der in einen Ventilsitz 22 des Ventils 10 mündet. Dies hat zur Folge, dass der Druck im Steuerraum 6 sinkt und das zugeordnete äußere Ventilglied 3 zu öffnen vermag. Bei geöffnetem Ventilglied 3 wird gasförmiger Brennstoff in den Brennraum eingespritzt bzw. ein- geblasen.
Vorliegend sind die beiden Ventilglieder 3, 5 derart ausgelegt, dass mit der Hubbewegung des äußeren Ventilglieds 3 das innere Ventilglied 5 schließt. Das Öffnen und Schließen der beiden Ventilglieder 3, 5 erfolgt somit zeitlich versetzt zueinander, um beispielsweise vor der Haupteinspritzung mit gasförmigem Brennstoff eine Piloteinspritzung mit flüssigem Brennstoff zu realisieren. Da der als Anschlag für das innere Ventilglied 5 dienende Anschlagköper 19 beweglich ist, kann dieser aufgrund der größeren Öffnungskraft des äußeren Ventilglieds 5 gegen die Federkraft einer Feder 20 überdrückt werden. Dies ermöglicht einen Hub des äußeren Ventilglieds 3, der größer als der des inneren Ventilglieds 5 ist. Zur Hubbegrenzung des äußeren Ventilglieds 3 kann die Drosselplatte 29 als Hubanschlag verwendet werden.
Um die Haupteinspritzung mit gasförmigem Brennstoff zu beenden, wird das direkt über den Aktor 12 betätigbare Ventil 11 geschlossen. In den Steuerräumen 7 und 17 baut sich erneut Druck auf, so dass in der Folge auch das Ventil 10 schließt. Dies führt zu einem Druckaufbau im Steuerraum 6, der bewirkt, dass das äußere Ventilglied 3 zurück in seinen Dichtsitz 27 gestellt wird. Das innere Ventilglied 5 und der Anschlagkörper 19 folgen der Bewegung des äußeren Ventilglieds 3, bis der Anschlagkörper 19 auf das Körperbauteil 31 auftrifft und sich von dem inneren Ventilglied 5 löst. Über die Zulaufdrossel 9 wird der Steuerraum 7 weiter befüllt, so dass allein das innere Ventilglied 5 dem äußeren Ventilglied 3 bis zum Dichtsitz 27 folgt.
In den Ablaufkanälen 15, 23 ist jeweils eine Ablaufdrossel 16, 24 ausgebildet. Über das Verhältnis der Drosselquerschnitte der mit dem Steuerraum 7 verbundenen Ablaufdrossel 16 und der Zulaufdrossel 9 kann insbesondere Einfluss auf das zweite abgesenkte Druckniveau und damit auf das zeitlich versetzte Öffnen des äußeren Ventilglieds 3 genommen werden.
Soll das zweite abgesenkte Druckniveau im Steuerraum 7 und damit im Steuerraum 17 vom Verhältnis der beiden Drosselquerschnitte entkoppelt werden, kann das Ventil 11 als 3/2 -Wege- Ventil ausgebildet werden (nicht dargestellt), so dass mit Öffnen des Ventils 11 die Zulaufdrossel 9 gezielt verschlossen wird. Auf diese Weise kann der Druck im Steuerraum 17 bis auf das Druckniveau des Ablaufsystems gesenkt werden, so dass eine Druckabsenkung erreicht wird, die sich von einem ersten abgesenkten Druckniveau deutlich unterscheidet. Das 3/2-Wege-Ventil besitzt ferner den Vorteil einer reduzierten Absteuermenge, da die Zulaufdrossel 9 bei geöffnetem Ventil 11 geschlossen ist und kein flüssiger Kraftstoff in den Steuerraum 7 nachzuströmen vermag.
Alternativ oder ergänzend kann das Ventil 10 als 3/2 -Wege- Ventil ausgeführt werden (nicht dargestellt), um die Absteuermenge zu reduzieren.
Ferner ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Ventile 10, 11 als Kugelsitzventil gemäß der Figuren 1 und 2 ausgeführt sind. Das erfindungsgemäße Ansteuerkonzept lässt sich auch mittels anderer Ventiltypen realisieren.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein in einer zentralen Bohrung (1) eines Düsenkörpers (2) hubbeweglich aufgenommenes erstes Ventilglied (3) und ein in einer zentralen Bohrung (4) des ersten Ventilglieds (3) hubbeweglich aufgenommenes zweites Ventilglied (5), wobei jedem Ventilglied (3, 5) ein Steuerraum (6, 7) zugeordnet ist, der jeweils über eine Zulaufdrossel (8, 9) mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbar und jeweils über ein Ventil (10, 11) entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventile (10, 11) hintereinandergeschaltet sind und nur ein Aktor (12) zur Betätigung beider Ventile (10, 11) vorgesehen ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Ventil (11) direkt über den Aktor (12) betätigbar ist, wobei es sich vorzugsweise um das Ventil (11) handelt, das der Entlastung des dem zweiten Ventilglied (5) zugeordneten Steuerraums (7) dient.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10), das der Entlastung des dem ersten Ventilglied (3) zugeordneten Steuerraums (6) dient, über das Ventil (11) gesteuert wird, das direkt über den Aktor (12) betätigbar ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das direkt über den Aktor (12) betätigbare Ventil (11) ein mit einem Ventilsitz (13) zusammenwirkendes Schließelement (14) umfasst, wobei in den Ventilsitz (13) ein Ablaufkanal (15) mit einer hierin angeordneten Ablaufdrossel (16) mündet, über den der dem zweiten Ventilglied (5) zugeordnete Steuerraum (7) entlastbar ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das direkt über den Aktor (12) betätigbare Ventil (11) ein 2/2 -Wege- Ventil oder ein 3/2 -Wege- Ventil ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Ventilglied (5) zugeordnete Steuerraum (7) mit einem weiteren Steuerraum (17) verbunden ist, der von einem Betätigungselement (18) des weiteren Ventils (10) begrenzt wird, das der Entlastung des dem ersten Ventilglied (3) zugeordneten Steuerraums (6) dient.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Ventilglied (5) am Steuerraum (7) ein beweglicher Anschlagkörper (19) gegenüberliegt, der in Richtung des zweiten Ventilglieds (5) von der Federkraft einer Feder (20) beaufschlagt ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ventil (10), das der Entlastung des dem ersten Ventilglied (3) zugeordneten Steuerraums (6) dient, ein vorzugsweise kugelförmiges Schließelement (21) umfasst, das mit einem Ventilsitz (22) zusammenwirkt, in den ein Ablaufkanal (23) mit einer hierin ausgebildeten Ablaufdrossel (24) zur Entlastung des dem ersten Ventilglied (3) zugeordneten Steuerraums (6) mündet.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ventil (10), das der Entlastung des dem ersten Ventilglied (3) zugeordneten Steuerraums (6) dient, ein 2/2 -Wege- Ventil oder ein 3/2 -Wege- Ventil ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilglieder (3, 5) jeweils über eine Feder (25, 26) in Richtung eines Dichtsitzes (27, 28) axial vorgespannt sind.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) ein Magnetaktor oder ein Piezoaktor ist.
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